螯合电极的制备及其对海水中铀的吸附过程的研究

摘要

为了实现海水提铀的高效性、可控可循环性,本实验室制备了含有腈基基团、二茂铁基团及羧基基团的三元共聚物。然后以金属镍片为基体电极,依次以蘸涂的方法自组装上硅烷偶联剂(KH-550)、聚丙烯酸(PAA)及三元共聚物P(DPAAm-co-Fc-co-AA)制备薄膜电极;再用一定浓度的盐酸羟胺溶液进行功能化制备螯合电极。将螯合电极分别放在一定浓度的硝酸铀酰溶液和天然海水中进行吸附铀实验,并用电化学方法进行脱附。以傅立叶红外光谱对聚合物进行了表征;以循环伏安法讨论了电极的电化学行为;以电子扫描显微镜对电极表面进行表面形貌的表征。
　　 (1)采用组装方法制备P(DPAAm-co-Fc-co-AA)薄膜电极。以配比为VKH-550:V水:V乙醇=1:1:18配制KH-550溶液,用冰乙酸调节溶液pH=5.5,用电导率测定法确定了KH-550溶液的最佳水解时间为60h。实际实验中,通过电镜观察得到VKH-550:V水:V乙醇的最佳配比为1:1:100,镍片的铬酸腐蚀液V水:V浓硫酸:m重铬酸钾最佳配比为90:10:1。研究得出镍片(右)在KH-550溶液中的最佳组装时间为1.5min,在浓度为0.1mol.L-1的PAA/DMF溶液中的较好蘸涂组装时间为35min;在P(DPAAm-co-Fc-co-AA)/DMF溶液中的较好蘸涂组装时间为30min。
　　 (2)以螯合电极为工作电极,不锈钢电极为对电极,甘汞电极为参比电极,测定螯合电极在不同的支持电解质中的电化学行为;螯合电极在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中表现出较好的电化学活性;在海水中吸附铀后螯合电极的脱附电压为0.72V,在硝酸铀酰溶液中吸附铀后的螯合电极的脱附电压为0.88V。
　　 (3)螯合电极对铀的吸附分为静电吸附和螯合吸附,并以螯合吸附为主,研究得到螯合电极吸附等温方程为:Γt=2.96×10％-2c0.37。
　　 (4)螯合电极对天然海水中铀的吸附过程中,8天后达到吸附平衡,平衡吸附量为8.9mgU·g-1;在5℃-25℃温度范围内,吸附量随着温度的上升呈上升趋势;温度对吸附速率的影响符合Arrhenius公式:k=0.11exp(-37.20/RT)。
　　 (5)通过电子扫描显微镜观察,实验室制备的螯合电极吸附铀前后形貌有较大的变化,吸附铀的效果较好。